CN106801181B - 一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法 - Google Patents

一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法，其特征是：使用的原料为普通钛精矿，或者钛精矿经过配加还原剂及其它辅料后，进行固态选择性还原，还原出钛精矿中部分铁氧化物后得到的还原钛精矿，或者其它富钛料。本发明采用廉价的半焦、煤粉或焦粉等碳质还原剂，在一炉的冶炼过程中，分两次配碳，即两个阶段，第一次配碳是初还原阶段，按照FeO全部还原为[Fe]进行配碳；第二次配碳是分批深还原阶段，按照TiO2全部还原为[Ti]进行配碳，在加入碳质还原剂的过程中加入适量的沉淀剂，有助于得到钛铁合金以及提高钛收率。

Description

一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法
技术领域
本发明为铁合金冶炼技术领域，特别涉及碳热法冶炼钛铁的方法。
背景技术
钛铁是一种用途较为广泛的特种合金，在炼钢过程中作为合金元素加入钢中，起到细化组织晶粒、固定间隙元素（C、N）、提高钢材强度等作用。在冶炼不锈钢和耐热钢时，钛与碳结合成稳定的化合物，能防止碳化铬生成，从而减少晶间腐蚀，提高铬镍不锈钢的焊接性能。钛铁还常被用作脱氧剂，钛脱氧的产物易于上浮，镇静钢用钛脱氧可以减少钢锭上部的偏析，从而改善钢锭质量，提高钢锭的收得率。
目前钛铁的生产方法以金属热还原为主，最多的是铝热法。金属热还原冶炼钛铁可以炼出高品位钛铁合金，但是成本高，能耗高，合金中有色金属含量高。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低钛铁冶炼成本，减少合金中有色金属含量，操作简单、方便的一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法。
本发明采取的技术方案是：
使用的原料为普通钛精矿，或者钛精矿经过配加还原剂及其它辅料后，进行固态选择性还原，还原出钛精矿中部分铁氧化物后得到的还原钛精矿，或者其它富钛料。
采用廉价的半焦、煤粉或焦粉等碳质还原剂，在一炉的冶炼过程中，分两次配碳，即两个阶段，第一次配碳是初还原阶段，按照FeO全部还原为[Fe]进行配碳；第二次配碳是分批深还原阶段，按照TiO2全部还原为[Ti]进行配碳，在加入碳质还原剂的过程中加入适量的沉淀剂，有助于得到钛铁合金以及提高钛收率；详细步骤如下：
一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法，具体步骤如下：
1）所用原料
为普通钛精矿，或者钛精矿配加还原剂及其它辅料经过固态选择性还原后产出的还原钛精矿，或者其它富钛料；其中，上述几种原料中主要成分的百分比含量为：TiO2：30～95wt%， FeO：5～60wt%，SiO2：0.1～30wt%，CaO：0.1～30wt%；
2）第一次配碳
按照FeO全部还原为[Fe]所需碳量的1.0～2.0倍配加碳质还原剂；
3）造渣剂
造渣剂使用生石灰，按照碱度CaO-1.47F2/SiO2=1.0～2.0配加生石灰；
4）第二次配碳
按照TiO2全部还原为[Ti]所需碳量的1.0～2.5倍配加碳质还原剂，并将碳质还原剂按比例分为3～5批次，该比例为：0.2～0.5:0.2～0.5:0.1～0.3:0.0～0.3:0.0～0.2；
5）沉淀剂
沉淀剂采用废钢或者铁屑，配加沉淀剂的量为TiO2质量的0.1～3.0倍，并将称量好的沉淀剂按比例分为3～5批，该比例为0.2～0.5:0.2～0.5:0.1～0.3:0.0～0.3:0.0～0.2；
6）初还原
按照步骤2的比例称取原料为钛精矿或者粒度<20mm的还原钛精矿或者其它富钛料与碳质还原剂，以及步骤3中的造渣剂生石灰混合均匀，加入碳质或镁质炉衬的电炉内熔化、升温，进行初还原，分离渣、铁，得到铁液和熔融富钛渣，温度1450～1600℃，时间10～60min；
7）分批深还原
a. 将步骤6熔池温度提升至1600℃～2000℃；
b. 向炉内加入步骤4“第二次配碳”中的第一批碳质还原剂，保温1～20min后向炉内加入第一批沉淀剂，保温5～30min后向炉内加入第二批碳质还原剂，保温1～20min后向炉内加入第二批沉淀剂，按照此操作直至加完第五批碳质还原剂和沉淀剂；
c. 加完所有的料后，保温5～30min；
d. 出炉（出炉温度控制在1750℃～2000℃）。
本发明的有益效果是，以电炉为冶炼设备，采用碳热法冶炼钛铁，大幅降低钛铁生产成本和钛铁冶炼能耗，为普通钢材的冶炼提供价格低廉且能满足要求的钛铁合金。
附图说明
图1是碳热还原冶炼钛铁合金的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的冶炼工艺已经在实验室进行了扩大化试验，试验具体实施方式如下：
1）本发明实施所用原料：
还原钛精矿：采用承德钛精矿和其经过配加焦粉进行固态选择性还原后得到的还原钛精矿，其中钛精矿成分，FeO含量32.5wt%，TFe含量25.4wt%，TiO2含量40.64wt%，SiO2含量4.66wt%，CaO含量1.12wt%，F含量0.035wt%。还原钛精矿成分，FeO含量19.66wt%，TFe含量31.94wt%，TiO2含量42.3wt%，SiO2含量6.65wt%，CaO含量0.46wt%，F含量0.041wt%；
还原剂：采用焦粉，固定碳含量84.96wt%，灰分6.73wt%，挥发分8.76wt%；
生石灰：CaO含量89.7wt%，SiO2含量3.54wt%，MgO含量4.10wt%；
沉淀剂：采用废钢，碳含量一般小于2.0％，硫含量、磷含量均不大于0.050％。粒度<20mm；
2）本发明配料计算所用到的化学式及公式：FeO+C=Fe+CO，TiO2+2C=Ti+2CO，碱度计算CaO-1.47F2/SiO2=1.0～2.0。
实施例1
1） 配料
a．使用钛精矿，称取钛精矿20kg；
b．配碳1，按照FeO全部还原为[Fe]所需碳量的1.5倍配焦粉，称取焦粉2.0kg；
c．按照碱度CaO-1.47F2/SiO2=1.2配加生石灰，称取生石灰1.0kg；
d．配碳2，按照TiO2全部还原为[Ti]所需碳量的1.8倍配焦粉，称取焦粉5.2kg，按比例分为5批：1.8kg、1.5kg、0.9kg、0.6kg、0.4kg；
e．按照TiO2质量的0.6倍配加废钢，称取废钢4.9kg，按比例分为5批：1.7kg、1.4kg、0.8kg、0.6kg、0.4kg。
2）初还原
将称量好的钛精矿、焦粉与生石灰混合均匀，加入内衬石墨坩埚的直流电炉内升温、熔化，进行初还原，温度1550±20℃，时间20min。
3）分批深还原
a. 将熔池温度提升至1610℃，向炉内加入“配碳2”的第一批焦粉1.8kg，保温5min后向炉内加入第一批废钢1.7kg，保温10min后向炉内加入第二批焦粉1.5kg，保温5min后向炉内加入第二批废钢1.4kg，保温10min后向炉内加入第三批焦粉0.9kg，保温5min后向炉内加入第三批废钢0.8kg，保温5min后向炉内加入第四批焦粉0.6kg，保温3min后向炉内加入第四批废钢0.6kg，保温5min后向炉内加入第五批焦粉0.4kg，保温3min后向炉内加入第五批废钢0.4kg；
b．加完所有的料后，保温20min；
c．温度提升至1780℃出炉，得到钛铁合金11.5kg，成分Ti含量21.96wt%，C含量4.30wt%，Al含量0.52wt%，Cu含量0.034wt%，Mn含量0.20wt%，Si含量2.05wt%。
实施例2
1）配料
a．使用还原钛精矿，将还原钛精矿破碎至20mm以下，称取还原钛精矿20kg；
b．配碳1，按照FeO全部还原为[Fe]所需碳量的1.5倍配焦粉，称取焦粉1.2kg；
c．按照碱度CaO-1.47F2/SiO2=1.2配加生石灰，称取生石灰1.5kg；
d．配碳2，按照TiO2全部还原为[Ti]所需碳量的1.5倍配焦粉，称取焦粉4.5kg，按比例分为3批：2.2kg、1.5kg、0.8kg；
e．按照TiO2质量的0.4倍配加废钢，称取废钢3.4kg，按比例分为3批：1.7kg、1.1kg、0.6kg。
2）初还原
将称量好的还原钛精矿、焦粉与生石灰混合均匀，加入内衬石墨坩埚的直流电炉内升温、熔化，进行初还原，温度1530±20℃，时间20min。
3）分批深还原
a．将熔池温度提升至1730℃，向炉内加入“配碳2”的第一批焦粉2.2kg，保温5min后向炉内加入第一批废钢1.7kg，保温10min后向炉内加入第二批焦粉1.5kg，保温5min后向炉内加入第二批废钢1.1kg，保温10min后向炉内加入第三批焦粉0.8kg，保温5min后向炉内加入第三批废钢0.6kg；
b．加完所有的料后，保温20min；
c．温度提升至1820℃出炉，得到钛铁合金12.6kg，成分Ti含量28.68wt%，C含量2.34wt%，Al含量0.36wt%，Cu含量0.025wt%，Mn含量0.13wt%，Si含量2.11wt%。
实施例3
1） 配料
a．使用还原钛精矿，将还原钛精矿破碎至20mm以下，称取还原钛精矿20kg；
b．配碳1，按照FeO全部还原为[Fe]所需碳量的1.5倍配焦粉，称取焦粉1.2kg；
c．按照碱度CaO-1.47F2/SiO2=1.0配加生石灰，称取生石灰1.4kg；
d．配碳2，按照TiO2全部还原为[Ti]所需碳量的2.0倍配焦粉，称取焦粉6.0kg，按比例分为5批：2.5kg、1.5kg、0.8kg、0.6kg、0.6kg。
e．按照TiO2质量的1.0倍配加的废钢，称取废钢8.5kg，按比例分为5批，即2.6kg、2.2kg、1.6kg、1.2kg、0.9kg。
2）初还原
将称量好的还原钛精矿、焦粉与生石灰混合均匀，加入内衬石墨坩埚的直流电炉内升温、熔化，进行初还原，温度1570±20℃，时间20min。
3）分批深还原
a．将熔池温度提升至1680℃，向炉内加入“配碳2”的第一批焦粉2.5kg，保温3min后向炉内加入第一批废钢2.6kg，保温10min后向炉内加入第二批焦粉1.5kg，保温3min后向炉内加入第二批废钢2.2kg，保温10min后向炉内加入第三批焦粉0.8kg，保温3min后向炉内加入第三批废钢1.6kg，保温5min后向炉内加入第四批焦粉0.6kg，保温3min后向炉内加入第四批废钢1.2kg，保温5min后向炉内加入第五批焦粉0.6kg，保温3min后向炉内加入第五批废钢0.9kg；
b．加完所有的料后，保温20min；
c．温度提升至1780℃出炉，得到钛铁合金16.3kg，成分Ti含量17.4wt%，C含量4.85wt%，Al含量0.31wt%，Cu含量0.026wt%，Mn含量0.17wt%，Si含量2.06wt%。

Claims (1)

1.一种碳热还原冶炼钛铁合金的方法，其特征是：具体步骤如下：
1)所用原料
为普通钛精矿，或者钛精矿配加还原剂及其它辅料经过固态选择性还原后产出的还原钛精矿，或者其它富钛料；其中，上述几种原料中主要成分的百分比含量为：TiO2：30～95wt％，FeO：5～60wt％，SiO2：0.1～30wt％，CaO：0.1～30wt％；
2)第一次配碳
按照FeO全部还原为[Fe]所需碳量的1.0～2.0倍配加碳质还原剂；
3)造渣剂
造渣剂使用生石灰，按照碱度( CaO-1.47F2) /SiO2＝1.0～2.0配加生石灰；
4)第二次配碳
按照TiO2全部还原为[Ti]所需碳量的1.0～2.5倍配加碳质还原剂，并将碳质还原剂按比例分为3～5批次，该比例为：0.2～0.5:0.2～0.5:0.1～0.3:0.0～0.3:0.0～0.2；
5)沉淀剂
沉淀剂采用废钢或者铁屑，配加沉淀剂的量为TiO2质量的0.1～3.0倍，并将称量好的沉淀剂按比例分为3～5批，该比例为0.2～0.5：0.2～0.5：0.1～0.3：0.0～0.3：0.0～0.2；
6)初还原
按照步骤2)的比例称取原料为钛精矿或者粒度<20mm的还原钛精矿或者其它富钛料与碳质还原剂，以及步骤3)中的造渣剂生石灰混合均匀，加入碳质或镁质炉衬的电炉内熔化、升温，进行初还原，分离渣、铁，得到铁液和熔融富钛渣，温度1450～1600℃，时间10～60min；
7)分批深还原
a.将步骤6)熔池温度提升至1600℃～2000℃；
b.向炉内加入步骤4)的第二次配碳中的第一批碳质还原剂，保温1～20min后向炉内加入第一批沉淀剂，保温5～30min后向炉内加入第二批碳质还原剂，保温1～20min后向炉内加入第二批沉淀剂，按照此操作直至加完第五批碳质还原剂和沉淀剂；
c.碳质还原剂选用半焦、煤粉或者焦粉；加完所有的料后，保温5～30min；
d.出炉后得到钛合金，出炉温度控制在1750℃～2000℃。
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